Металеві конструкції розрахунок ферми. Приклад розрахунку трикутної ферми

У різних галузях будівництва часто використовуються ферми з профільної труби. Такі ферми конструктивно є металоконструкції, що складаються з окремих стрижнів і мають решітчасту форму. Від конструкцій із цілісних балок ферми відрізняються меншою вартістю та більшою трудомісткістю. Для з'єднання профільних труб можна використовувати як зварний метод, так і заклепки.

Металеві профільні ферми підходять для створення будь-яких прольотів, незалежно від їхньої довжини – але щоб це було можливо, конструкцію перед збиранням необхідно розрахувати із граничною точністю. Якщо розрахунок металевої ферми був вірним, а всі роботи зі збирання металоконструкцій проведені правильно, то готову ферму залишиться лише підняти та встановити на заготовлену обв'язку.

Переваги використання крокв з металу

У ферм із профільної труби чимало переваг, серед яких:

Невелика вага конструкції;
тривалий термін служби;
Відмінні показники міцності;
Можливість створення конструкцій складної конфігурації;
Прийнятна ціна металевих елементів.

Класифікація ферм із профільної труби

Всі металеві конструкції ферми мають кілька загальних параметрів, які забезпечують розподіл ферм на види.

До цих параметрів відносяться:

Кількість поясів. Металеві ферми можуть мати лише один пояс, і тоді вся конструкція лежатиме в одній площині, або два пояси. В останньому випадку ферма називатиметься висячою. Конструкція висячої ферми включає два пояси – верхнього і нижнього.
Форма. Існує аркова ферма, пряма, односхилий і двосхилий.
Контур.
Кут нахилу.

Залежно від контурів виділяють такі види металоконструкцій:

Ферми з паралельним поясом. Такі конструкції найчастіше використовуються як опора для облаштування даху з м'яких покрівельних матеріалів. Ферма з паралельним поясом створюється з однакових деталей із ідентичними габаритами.
Односхилі ферми. Конструкції з одним схилом обходяться недорого, оскільки для їх виготовлення потрібно небагато матеріалів. Готова конструкція виходить досить витривалою, що забезпечується жорсткістю вузлів.
Полігональні ферми. Дані конструкції відрізняються дуже гарною несучою здатністю, але за нього доводиться розплачуватися – полігональні металоконструкції дуже незручні у монтажі.
Трикутні ферми. Як правило, ферми із трикутним контуром використовуються для монтажу дахів, розташованих під великим нахилом. З недоліків таких ферм варто відзначити велику кількість зайвих витрат, пов'язаних із масою відходів під час виробництва.

Як розрахувати кут нахилу

Залежно від кута нахилу ферми поділяються на три категорії:

22-30 градусів. У такому разі співвідношення довжини та висоти готової конструкції становить 5:1. Ферми з таким нахилом, відрізняючись невеликою вагою, чудово підходять для облаштування прольотів невеликої довжини у приватному будівництві. Як правило, ферми з таким нахилом мають трикутний контур.
15-22 градуси. У конструкції з такою величиною нахилу довжини перевищує висоту сім разів. Ферми цього виду не можуть мати в довжину більше 20 м. При необхідності збільшення висоти готової конструкції нижньому поясу надають ламану форму.
15 і менше. Найкращим варіантом у такому разі будуть металеві крокви з профільної труби, з'єднані у формі трапеції – короткі стійки зменшать вплив поздовжнього вигину на конструкцію.

У разі прольотів, довжина яких перевищує 14 м, доводиться використовувати розкоси. Верхній пояс необхідно обладнати панеллю довжиною близько 150-250 см. При парній кількості панелей вийде конструкція, що складається із двох поясів. Для прольотів довжиною понад 20 м металоконструкцію доводиться посилювати додатковими опорними елементами, з'єднаними з допомогою опорних колон.

При необхідності зменшити вагу готової металоконструкції варто звернути увагу на ферму Полонсо. Вона включає дві системи трикутної форми, які з'єднуються за допомогою затяжки. Використовуючи таку схему, можна обійтися без великогабаритних розкосів середніх панелях.

При створенні ферм з ухилом близько 6-10 градусів для односхилих дахів потрібно пам'ятати про те, що готова конструкція не повинна бути симетричною формою.

Розрахунок металевої ферми

При розрахунках необхідно враховувати всі вимоги до металоконструкцій державними стандартами. Щоб створити максимально ефективну та надійну конструкцію, необхідно на етапі проектування підготувати якісне креслення, на якому будуть відображені всі елементи ферми, їх розміри та особливості з'єднання з опорною конструкцією.

Перед тим, як розрахувати ферму для навісу, варто визначитися з вимогами до готової ферми, а потім відштовхуватися від економії, уникаючи зайвих витрат. Висота ферми визначається типом перекриття, загальною вагою конструкції та можливості її подальшого усунення. Довжина металоконструкції залежить від передбачуваного ухилу (для конструкцій довжиною понад 36 м потрібно ще й розрахунок будівельного підйому).

Підбирати панелі потрібно таким чином, щоб вони могли витримувати навантаження, яке припадатиме на ферму. Розкоси можуть мати різну величину кутів, тому при виборі панелей необхідно враховувати ще й цей параметр. У випадку із трикутними ґратами кут становить 45 градусів, а з розкосими – 35 градусів.

Розрахунок даху з профільної труби закінчується визначенням відстані, на якій створюватимуться вузли щодо один одного. Як правило, цей показник дорівнює ширині підібраних панелей. Оптимальний показник кроку опор усієї конструкції – 1,7 м.

Виконуючи розрахунок односхилим ферми, потрібно розуміти, що при підвищенні висоти конструкції зростатиме і її несуча здатність. Крім того, за потреби варто доповнити схему ферми кількома ребрами жорсткості, здатними посилити конструкцію.

Приклади розрахунку

Підбираючи труби для металевих ферм, варто відштовхуватися від наступних рекомендацій:

Для облаштування конструкцій шириною менше 4,5 м підійдуть труби перетином 40х20 мм із товщиною стінки 2 мм;
При ширині конструкції від 4,5 до 5,5 м підійдуть 40 мм квадратні профільні труби з 2 мм стінкою;
Для металоконструкцій більшого розміру підійдуть такі ж труби, як і в попередньому випадку, але з 3-мм стінкою, або труби перетином 60х30 мм з 2-мм стінкою.

Останнім параметром, якому варто приділяти увагу при розрахунках, є вартість матеріалів. По-перше, потрібно враховувати вартість труб (пам'ятаючи при цьому, що ціна труб визначається їхньою вагою, а не довжиною). По-друге, варто поцікавитися вартістю комплексних робіт із виготовлення металоконструкцій.

Каркасний матеріал

Основа навісів – сталь, полімери, дерево, алюміній, залізобетон. Але, частіше каркас складають металеві ферми із профільної труби. Цей матеріал порожнистий, порівняно легкий, але міцний. У розрізі має вигляд:

прямокутника;
квадрата;
овалу (а також напів- та плоскоовальної фігури);
багатогранника.

Зварюючи з профільної труби ферми, частіше вибирають квадратний або прямокутний переріз. Ці профілі легші у обробці.

Різноманітність трубних профілів

Допустимі навантаження залежать від товщини стін, марки металу, способу виробництва. Матеріалом найчастіше є якісні конструкційні сталі (1-3пс/сп, 1-2пс(сп)). Для особливих потреб використовують низьколеговані сплави та оцинковування.

Довжина профільних труб зазвичай становить від 6 м на малих перерізах до 12 м – на більших. Мінімальні параметри від 10×10×1 мм та 15×15×1,5 мм. Зі збільшенням товщини стін міцність профілів зростає. Наприклад, на перерізах 50×50×1,5 мм, 100×100×3 мм та вище. Вироби максимальних розмірів (300×300×12 мм і більше) застосовні швидше промислових споруд.

Щодо параметрів елементів каркасів, є такі рекомендації:

для малогабаритних навісів (до 4,5 м завширшки) застосовується трубний матеріал перетином 40×20×2 мм;
якщо ширина до 5,5 м, рекомендовано параметри 40×40×2 мм;
для навісів більш значних розмірів радять брати труби 40х40х3 мм, 60х30х2 мм.

Що таке ферма

Фермою називають стрижневу систему, основу будівельної конструкції. Складається вона із прямолінійних елементів, що з'єднуються у вузлах. Наприклад, розглядається конструкція ферми з профільної труби, в якій відсутнє розцентрування стрижнів і немає позавузлових навантажень. Тоді у її складових частинах виникнуть лише зусилля розтягування та стиснення. Механіка цієї системи дозволяє їй зберігати геометричну незмінність при заміні вузлів, що жорстко кріпляться, на шарнірні.

Ферма складається з наступних елементів:

верхній пояс;
нижній пояс;
стійка, перпендикулярна до осі;
підкіс (або розкіс), похилий до осі;
допоміжний опорний розкіс (шпренгель).

Система решітки бути трикутною, розкісною, напіврозкосною, хрестовою. Для з'єднання використовують косинки, парні матеріали, клепки, зварні шви.

Варіанти кріплення у вузлах

Виготовлення ферм із профільної труби передбачає складання пояса з певними контурами. За типом вони бувають:

сегментні;
полігональні;
двосхилі (або трапецеїдальні);
з паралельними поясами;
трикутні (д-і);
з піднятим ламаним нижнім поясом;
односхилі;
консоль.

Одні системи простіші в монтажі, інші економічніші за витратами матеріалів, треті легші за влаштування опорних вузлів.

Основи розрахунку ферми

Вплив кута нахилу

Вибір конструкції ферм навісів з профільної труби пов'язаний з ухилом споруди, що проектується. Є три можливі варіанти:

від 6 ° до 15 °;
від 15 ° до 22 °;
від 22 ° до 35 °.

При мінімальному вугіллі (6°-15°) рекомендуються трапецієподібні контури поясів. Для зниження ваги допускається висота 1/7 або 1/9 загальної довжини прольоту. Проектуючи пологий навіс складної геометричної форми, треба підняти його в середній частині над опорами. Скористайтеся фермами Полонсо, рекомендованими багатьма фахівцями. Вони є системою з двох з'єднаних затяжкою трикутників. Якщо потрібна висока споруда, краще вибрати багатокутну конструкцію з піднятим нижнім поясом.

Коли кут нахилу перевищує 20°, висота повинна становити 1/7 частину загальної довжини прольоту. Останній досягатиме 20 м. Для підвищення конструкції нижній пояс робиться ламаним. Тоді збільшення становитиме до 0,23 довжини прольоту. Для обчислення необхідних властивостей користуються табличними даними.

Таблиця визначення ухилу кроквяної системи

При нахилі понад 22° розрахунки проводяться за спеціальними програмами. Навіси такого роду найчастіше використовуються для покрівлі із шиферу, металу та подібних матеріалів. Тут застосовують трикутні ферми з профільної труби при їх висоті 1/5 від усієї довжини прольоту.

Чим більший кут нахилу, тим менше на навісі накопичуватиметься опадів, важкого снігу. Несуча здатність системи зростає підвищенням її висоти. Для додаткової міцності передбачають додаткові ребра жорсткості.

Параметри базових кутів

Щоб зрозуміти, як розрахувати ферму із профільної труби, обов'язково з'ясувати параметри базових вузлів. Наприклад, розміри прольоту зазвичай мають бути зазначені в технічному завданні. Число панелей, їх габарити призначаються заздалегідь. Обчислимо оптимальну висоту (Н) у середині прольоту.

Якщо пояси паралельні, полігональні, трапецієподібні, Н=1/8×L, де L – довжина ферми. Верхній пояс повинен мати ухил близько 1/8×L або 1/12×L.
Для трикутного типу в середньому Н=1/4×L або Н=1/5×L.

Розкоси решітки повинні мати нахил приблизно 45 ° (у межах 35 ° -50 °).

Скористайтеся готовим типовим проектом, тоді не доведеться робити розрахунок

Щоб навіс був надійним та довго прослужив, його проект потребує точних обчислень. Вже після розрахунку закуповуються матеріали, надалі монтується каркас. Є більш дорогий шлях – придбати готові модулі та зібрати споруду на місці. Інший варіант складніше – зайнятися підрахунками самостійно. Тоді знадобляться дані зі спецдовідників із СНіП 2.01.07-85 (впливи, навантаження), а також СНіП П-23-81 (дані за сталевими конструкціями). Потрібно зробити таке.

Визначитись зі схемою блоків відповідно до функцій навісу, кута нахилу, матеріалу стрижнів.
Вибрати параметри. Врахувати залежність між висотою та мінімальною вагою покрівлі, її матеріалом та типом, ухилом.
Розрахувати панельні розміри споруди згідно з віддаленістю окремих частин, відповідальних за передачу навантажень. Визначається відстань між сусідніми вузлами, що дорівнює ширині панелі. Якщо розмір прольоту понад 36 м, обчислюється будівельний підйом - зворотний вигин, що погашається, що впливає через навантаження на конструкцію.

Серед способів розрахунку статично визначних ферм одним із найпростіших вважається вирізування вузлів (ділянок, де стрижні з'єднані шарнірно). Інші варіанти – метод Ріттера, метод заміни стрижнів Геннеберга. А також графічне рішення шляхом складання діаграми Максвелла-Кремони. У сучасних комп'ютерних програмах найчастіше застосовується метод вирізування вузлів.

Для людини, яка володіє знаннями з механіки та сопромату, вирахувати все це не так складно. Іншим варто врахувати, що від точності розрахунків і величини похибок залежить термін служби і безпека навісу. Можливо, краще звернутися до спеціалістів. Або вибрати варіант із готових проектних рішень, куди просто підставити свої значення. Коли зрозуміло, якого виду потрібна кроквяна ферма з профільної труби, креслення для неї, напевно, знайдеться в інтернеті.

Істотні фактори вибору ділянки

Якщо навіс відноситься до будинку або іншого будинку, на нього знадобиться офіційний дозвіл, про що теж доведеться подбати.

Спочатку вибирається ділянка, де розташовуватиметься споруда. Що при цьому враховується?

Постійні навантаження (фіксована вага решетування, покрівлі та інших матеріалів).
Змінні навантаження (вплив кліматичних факторів: вітер, опади, зокрема сніг).
Особливий тип навантажень (чи є сейсмічна активність у регіоні, шторми, урагани тощо).

Також важливі характеристики ґрунту, впливу будівель, що стоять поруч. Проектувальник повинен врахувати всі значущі фактори та уточнюючі коефіцієнти, що вносяться до алгоритму розрахунку. Якщо планується провести обчислення самотужки, скористайтеся програмами 3D Max, Аркон, Автокад або подібними. Існує варіант розрахунку в онлайн-версіях будівельних калькуляторів. Обов'язково з'ясувати для наміченого проекту рекомендований крок між опорами, що несуть, решетуванням. А також параметри матеріалів та їх кількість.

Приклад програмного розрахунку для навісу, критого полікарбонатом

Послідовність робіт

Складання каркасу з металевих профілів повинен проводити тільки спеціаліст зі зварювальних робіт. Ця відповідальна справа потребує знань та вмілого поводження з інструментом. Потрібно не тільки розуміти, як зварити ферму з профільної труби. Важливо, які вузли правильніше зібрати землі, і лише потім піднімати на опори. Якщо споруда важка, для монтажу потрібна техніка.

Зазвичай процес монтажу проходить у такій послідовності:

Виконується розмітка ділянки. Встановлюються заставні деталі, вертикальні опори. Нерідко в ями відразу поміщають металеві труби, а потім бетонують. Вертикальність установки перевіряється схилом. Для контролю паралельності натягується шнур або нитка між крайніми стійками, решта виставляються отриманою лінією.
Поздовжні труби зварюванням фіксують до опор.
На землі зварюють вузли та елементи ферм. За допомогою розкосів та перемичок з'єднують пояси конструкції. Потім блоки слід підняти на необхідну висоту. Їх приварюють до поздовжніх труб по ділянках розміщення вертикальних опор. Між фермами по схилу вварюють поздовжні перемички для подальшого кріплення покрівельного матеріалу. Вони роблять отвори під кріплення.
Ретельно зачищаються усі з'єднувальні ділянки. Особливо верхні грані каркасу, куди надалі ляже покрівля. Поверхня профілів очищається, знежирюється, обробляється ґрунтовкою та фарбується.

Скориставшись готовим проектом, ви швидше приступите до збирання навісу

Фахівці радять виконувати такі відповідальні роботи тільки за наявності відповідного досвіду. Мало знати теоретично, як правильно зварити ферму з профільної труби. Зробивши щось неправильно, проігнорувавши нюанси, домашній майстер ризикує. Навіс складеться і впаде. Постраждає все, що під ним буде – авто чи люди. Тож візьміть знання на озброєння!

Відео: як зварити ферму із профільної труби

Сьогодні ферми з профільної труби по праву вважаються ідеальним рішенням для будівництва гаража, житлового будинку та присадибних споруд. Міцні та довговічні, такі конструкції обходяться недорого, швидкі у виконанні, і з ними здатний впоратися будь-хто, хто хоч трохи розуміється на математиці і має навички різання та зварювання.

А як правильно підібрати профіль, розрахувати ферму, зробити в ній перемички та встановити, ми зараз докладно розповімо. Для цього ми підготували для вас докладні майстер-класи виготовлення таких ферм, відео-уроки та цінні поради від наших експертів!

І що таке ферма? Це конструкція, яка пов'язує опори разом в єдине ціле. Іншими словами, ферма відноситься до простих архітектурних конструкцій, серед цінних переваг якої виділимо такі: висока міцність, відмінні показники експлуатації, невисока вартість та хороша стійкість до деформацій та зовнішніх навантажень.

Завдяки тому, що такі ферми мають високу несучу здатність, їх ставлять під будь-які покрівельні матеріали, незалежно від їхньої ваги.

Використання в будівництві металевих ферм з нових або прямокутних замкнених профілів вважається одним із раціональних і конструктивних рішень. І недарма:

Головний секрет - в економії завдяки раціональній формі профілю та з'єднання всіх елементів ґрат.
Ще одна цінна перевага профільних труб для використання їх виготовлення ферми - це рівна стійкість у двох площинах, чудова обтічність та зручність експлуатації.
При всій своїй малій вазі такі ферми витримують серйозні навантаження!

Відрізняються кроквяні ферми за контуром поясів, типом перерізу стрижнів та видами решітки. І при правильному підході ви самостійно зможете зварити та встановити ферму з профільної труби будь-якої складності! Навіть таку:

Етап ІІ. Купуємо якісний профіль

Отже, перш ніж скласти проект майбутніх ферм, спочатку потрібно визначитись із такими важливими пунктами:

контури, розмір та форма майбутнього даху;
матеріал виготовлення верхнього та нижнього пояса ферми, а також її ґрат;

Запам'ятайте одну просту річ: каркас з профільної труби має так звані точки рівноваги, які важливо визначити для стійкості всієї ферми. І дуже важливо підібрати під це навантаження якісний матеріал:

Будують ферми із профільної труби таких видів перерізів: прямокутного або квадратного. Такі випускаються різного розміру перерізу та діаметра, з різною товщиною стінок:

Ми рекомендуємо ті, що спеціально продаються для малогабаритних будівель: такі йдуть до 4,5 метрів завдовжки та мають перетин 40х20х2 мм.
Якщо ви виготовлятимете ферми довше 5 метрів, тоді вибирайте профіль з параметрами 40х40х2 мм.
Для повномасштабного будівництва даху житлового будинку вам знадобляться профільні труби з такими параметрами: 40х60х3 мм.

Стійкість усієї конструкції прямо пропорційна товщині профілю, тому для виготовлення ферм не використовуйте труби, для яких призначені тільки для зварювань стійок та каркасів – тут інші характеристики. Також зверніть увагу, яким саме методом виготовлено виріб: електрозвареним, гарячедеформованим або холодним деформуванням.

Якщо ж ви беретеся виготовляти такі ферми самостійно, тоді беріть заготовки квадратного перерізу - з ними працювати найпростіше. Придбайте квадратний профіль товщиною 3-5 мм, який буде досить міцним і за своїми характеристиками близький до металевих брусів. Але якщо ферму ви будете виготовляти всього для козирка, тоді можете віддати перевагу більш бюджетному варіанту.

Обов'язково враховуйте при проектуванні снігові та вітрові навантаження у вашій місцевості. Адже велике значення при виборі профілю (у плані навантаження на нього) має кут нахилу ферм:

Точніше спроектувати ферму з профільної труби ви зможете за допомогою онлайн-калькуляторів.

Відзначимо тільки, що найпростіша конструкція ферми з профільної труби є кілька вертикальних стійок і горизонтальні рівні, на які можна кріпити крокви для даху. Придбати такий каркас можна в готовому самостійно, навіть на замовлення в будь-якому місті Росії.

Етап ІІІ. Розраховуємо внутрішню напругу ферм

Найважливіше і найвідповідальніше завдання – це правильно зробити розрахунок ферми з профільної труби і підібрати потрібний формат внутрішньої ґрати. Для цього нам знадобиться калькулятор або подібне до нього інше програмне забезпечення, а також деякі табличні дані СНіПів, які за це:

СНиП 2.01.07-85 (впливи, навантаження).
СНиП п-23-81 (дані за сталевими конструкціями).

По можливості ознайомтеся із цими документами.

Форма даху та кут нахилу

Ферма потрібна для якої конкретно покрівлі? Односхилим, двосхилим, купольним, арочним або шатровим? Найпростіший варіант, звичайно ж, це виготовлення стандартного односхилих навісів. Але і досить складні ферми ви також здатні розрахувати та виготовити самостійно:

Стандартна ферма складається з таких важливих елементів, як верхній та нижній пояс, стійки, розкоси та допоміжні підкоси, які ще називають шпренгелями. Усередині ферм розташовується система решіток, для з'єднання труб використовують зварні шви, клепки, спеціальні парні матеріали та косинки.

І, якщо ви збираєтеся виготовити складний формою дах, то такі ферми стануть для неї ідеальним варіантом. Їх дуже зручно виготовляти за шаблоном прямо на землі, і лише потім піднімати нагору.

Найчастіше при будівництві невеликого дачного будиночка, гаража або побутівки застосовуються так звані ферми полонсо - особлива конструкція трикутних ферм, сполучених затяжками, і нижній пояс тут виходить піднятим.

По суті, у цьому випадку, щоб підвищити висоту конструкції, нижній пояс роблять ламаним, і тоді він становить 0,23 від довжини польоту. Для внутрішнього місця приміщення дуже комфортно.

Отже, є три основних варіанти виготовлення ферми залежно від нахилу даху:

від 6 до 15 °;
від 15 до 20 °;
від 22 до 35 °.

У чому різниця спитаєте ви? Наприклад, якщо кут конструкції буде невеликий, всього до 15 °, тоді ферми раціонально робити трапецієподібної форми. І при цьому цілком можна зменшити вагу самої конструкції, беручи у висоту від 1/7 до 1/9 від загальної довжини польоту.

Тобто. керуйтеся таким правилом: чим менша вага, тим більше має бути висота ферми. А от якщо ми вас матимемо вже складну геометричну форму, тоді потрібно вибрати інший тип ферми та ґрат.

Види ферм та форми даху

Ось приклад конкретних ферм для кожного виду даху (односхилим, двосхилим, складним):

Давайте розберемося з видами ферм:

Трикутніферми – класика виготовлення основи для крутих схилів даху чи навісів. Перетин труб для таких ферм потрібно підбирати з урахуванням ваги покрівельних матеріалів, а також експлуатації самої споруди. Трикутні ферми хороші тим, що мають прості форми, прості в розрахунку та виконанні. Їх цінують за підпокрівельне забезпечення природним світлом. Але зазначимо і недоліки: це додаткові профілі та довгі стрижні у центральних сегментах ґрат. А також тут вам доведеться зіткнутися з деякими складнощами при зварюванні гострих опорних кутів.
Наступний вид – полігональніферми із профільної труби. Вони незамінні при спорудженні великих площ. Зварювання у них вже складнішої форми, а тому для полегшених конструкцій їх не проектують. Зате такі ферми відрізняються більшою економією металу та міцністю, що особливо добре для ангарів із великими прольотами.
Міцною вважається також ферма з паралельними поясами. Відрізняється від інших така ферма тим, що у неї всі деталі – повторювані, з однаковою довжиною стрижнів, поясів та ґрат. Тобто тут мінімум стиків, а тому розраховувати та варити таку з профільної труби найпростіше.
Окремий вид – це односхилий трапецієподібнийферми з опорою на колони. Така ферма ідеальна, коли потрібна жорстка фіксація споруди. У неї є ухили (розкоси) з боків і відсутні довгі стрижні верхньої обрешітки. Підходить для дахів, яким особливо важлива надійність.

Ось приклад виготовлення ферм із профільної труби як універсального варіанту, який підходить для будь-яких садових будівель. Йдеться про трикутні ферми, і ви напевно їх уже бачили багато разів:

Трикутна ферма з ригелем теж досить проста, і цілком підходить для будівництва альтанок та побутівки.

А от арочніферми у виготовленні вже набагато складніше, хоча й мають ряд своїх цінних переваг:

Головне ваше завдання – центрувати елементи ферми з металу від центру тяжіння за всіма напрямками, кажучи простою мовою, мінімізувати навантаження та грамотно її розподілити.

Тому вибирайте той вид ферм, який підходить для цього більше. Крім перерахованих вище, популярністю користуються також ферма-ножиці, асиметрична, П-подібна, двошарнірна, ферма з паралельними поясами та мансардна ферма з опорами та без них. А також мансардний вид ферми:

Типи решіток та точкове навантаження

Вам буде цікаво дізнатися, що певний дизайн внутрішніх ґрат ферм підбирається зовсім не з естетичних міркувань, а цілком практичних: під форму даху, геометрію стелі та розрахунок навантажень.

Вам потрібно спроектувати свою ферму таким чином, щоб усі сили зосереджувалися у вузлах. Тоді в поясах, розкосах і шпренгелях згинальних моментів не буде - вони працюватимуть тільки на стиск і розтяг. І тоді переріз таких елементів зменшують до необхідного мінімуму, значно при цьому заощаджуючи на матеріалі. І саму ферму до всього ви можете спокійно зробити шарнірною.

В іншому випадку, на ферму постійно діятимуть розподілена по стрижнях сила, і з'явиться згинальний момент, на додаток до загальної напруги. І тут тоді важливо грамотно прорахувати максимальне згинальне значення для кожного окремого стрижня.

Тоді переріз таких стрижнів має бути більшим, ніж якби сама ферма була навантажена точковими силами. Підіб'ємо підсумок: ферми, на яких розподілене навантаження діє рівномірно, виготовляють з коротких елементів з шарнірними вузлами.

Давайте розберемося, в чому перевага того чи іншого виду ґрат у плані розподілу навантаження:

Трикутнасистема решітки завжди застосовуються у фермах з паралельними поясами та трапецеїдальною фермою. Її основна перевага в тому, що вона дає найменшу сумарну довжину ґрат.
Розкіснасистема хороша при невеликій висоті ферм. Але витрата матеріалу на неї чимала, адже тут весь шлях зусилля йде через вузли та стрижні решітки. Тому при проектуванні важливо закласти максимум стрижнів, щоб довгі елементи виявилися розтягнутими, а стійки - стислими.
Ще один вид - шпренгельнаграти. Її виготовляють у разі навантажень верхнього пояса, а також тоді, коли потрібно зменшити довжину самої ґрати. Тут перевага у дотриманні оптимальної відстані між елементами всіх поперечних конструкцій, яка, у свою чергу, дозволяє зберегти нормальну відстань між прогонами, що буде практичним моментом для монтажу елементів покрівлі. Але створювати такі ґрати своїми руками – досить трудомістке заняття з додатковими витратами металу.
Хрестоподібнаграти дозволяє розподілити навантаження на ферму відразу в обох напрямках.
Ще один вид ґрат – перехреснаде розкоси кріпляться прямо до стінки ферми.
І наприкінці напіврозкіснаі ромбічнаграти, найжорсткіша з перерахованих. Тут взаємодіє одразу дві системи розкосів.

Ми підготували для вас ілюстрацію, де зібрали всі види ферм та їх ґрат разом:

Ось приклад того, як виготовляють ферму з трикутними ґратами:

Виготовлення ферми з розкісними ґратами виглядає так:

Не можна сказати, що якийсь із видів ферм безумовно краще чи гірше іншого – кожен з них цінний меншою витратою матеріалів, легшою вагою, несучими здібностями та методом кріплення. Малюнок відповідає за те, яка схема навантажень на неї діятиме. І від обраного типу ґрат безпосередньо залежатиме те, якою буде вага ферми, зовнішній вигляд і трудомісткість її виготовлення.

Відзначимо ще такий незвичайний варіант виготовлення ферми, коли вона сама по собі стає частиною або опорою для іншої дерев'яної:

Етап IV. Виготовляємо та встановлюємо ферми

Ми дамо вам кілька цінних порад, як самостійне без особливих труднощів зварити такі ферми прямо на ділянці:

Варіант перший: можна звернутися до заводу, і вони зроблять на замовлення на малюнку всі потрібні окремі елементи, які вам залишиться тільки зварити вже на місці.
Другий варіант: придбайте готовий профіль. Тоді вам залишиться лише обшити ферми зсередини дошками або фанерами, а у проміжку укласти по необхідності утеплювач. Але й обійдеться цей спосіб, звичайно, дорожче.

Ось, наприклад, хороший відео-урок, як подовжити трубу за допомогою зварювання та досягти ідеальної геометрії:

Ось також дуже корисне відео, як відрізати трубу під кутом 45 °:

Отже, тепер підходимо безпосередньо до збирання самих ферм. Впоратися з цим вам допоможе така покрокова інструкція:

Крок 1. Спочатку підготуйте ферми. Краще їх наперед зварювати прямо на землі.
Крок 2. Встановіть вертикальні опори для майбутніх ферм. Вкрай важливо, щоб вони були дійсно вертикальними, тому перевірте їх схилом.
Крок 3. Тепер візьміть поздовжні труби та приваріть їх до опорних стійк.
Крок 4. Підніміть ферми та приваріть їх до поздовжніх труб. Після цього всі місця з'єднання важливо почистити.
Крок 5. Готовий каркас пофарбуйте спеціальною фарбою, очистивши і знежиривши його. Особливу увагу при цьому приділіть місця з'єднання профільних труб.

З чим стикаються ті, хто виготовляє такі ферми в домашніх умовах? По-перше, заздалегідь продумайте опорні столики, на яких ви кластимете ферму. Далеко не найкращий варіант кинути її на землю – працювати буде дуже незручно.

Тому краще поставити невеликі мости-опори, які будуть трохи ширші ніж нижній і верхній пояс ферми. Адже ви будете вручну заміряти і вкладати між поясами перемички, і важливо, щоб вони не провалювалися на землю.

Наступний важливий момент: ферми з профільної труби важкуваті на вагу, а тому вам знадобиться допомога щонайменше ще однієї людини. Крім того, не завадить підмога і в такій нудній і копіткій роботі, як зашкурювання металу перед варінням. що у нашому майстер-класі. Ось як він працює:

Ось так, крок за кроком, ви складете креслення, розрахуєте ґрати ферми, зробите заготовки і зварите конструкцію вже дома. Причому у вас у витраті будуть також залишки профільних труб, тому, нічого не потрібно буде викидати - все це знадобиться для другорядних деталей навісу або ангару!

Етап V. Зачищаємо та фарбуємо готові ферми

Після того, як ви встановите ферми на їх постійне місце, обов'язково обробіть їх антикорозійними складами та фарбування полімерними фарбами. Ідеально підійде для цієї мети фарба, яка відрізняється довговічністю та стійкістю до ультрафіолету:

Ось і все, ферма із профільної труби готова! Залишаються тільки фінішні роботи з обшивки ферм зсередини обробкою та зовні покрівельним матеріалом:

Повірте, виготовити металеву ферму з профільної труби вам насправді не складе великої праці. Велику роль грає грамотно складений креслення, якісне зварювання ферми з профільної труби та бажання все зробити правильно та акуратно.

Рано чи пізно у власників приватного будинку виникає необхідність звести на ділянці навіс для машини або літнього відпочинку, альтанку, невелике загородку з дахом для домашніх тварин, навіс над стібкою. Щоб покрівля над такою спорудою була надійно закріплена, необхідно правильно спроектувати та змонтувати металеві несучі конструкції.

Ми вітаємо нашого шановного читача і пропонуємо йому статтю про те, що таке ферми з профільної труби, як їх правильно розрахувати та змонтувати.

Ферма – це конструкція з прямолінійних елементів, з'єднаних між собою у вузлах у міцну систему незмінної геометричної форми. Найчастіше зустрічаються плоскі конструкції, але великих навантажених конструкціях застосовують об'ємні (просторові) ферми. Практично у приватних будинках ферми виконують із дерева та металу. З дерева виготовляють невеликі конструкції крокв, навісів, альтанок. Натомість міцний та високотехнологічний метал – практично ідеальний матеріал для несучих металоконструкцій.

Для виготовлення складних конструкцій застосовують прокат суцільного перерізу та труби. Профільні труби (квадрат, прямокутник) мають велику стійкість до зминання та вигину, невеликі конструкції для будинку монтують без застосування зварювання, тому для садибних будівель найчастіше використовують саме профільну трубу.

Конструкційні особливості ферм

Складові елементи конструкції ферми:

Пояс.
Стійка – вертикальний елемент, що з'єднує верхній та нижній пояс.
Розкіс (підкіс).
Шпренгель – опорний розкіс.
Фасонки, накладки, косинки, заклепки, болти - всілякі допоміжні та кріпильні матеріали.

Висоту ферми вважають від найнижчої точки нижнього пояса до верхньої точки. Проліт – відстань між опорами. Підйом – відношення висоти ферми до прольоту. Панеллю називають відстань між вузлами пояса.

Види ферм із профтруби

Ферми поділяються за контуром поясів. Бувають двопоясні та трипоясні різновиди. У невеликих спорудах застосовуються простіші двопоясні ферми. Кожен різновид має певний ухил та висоту залежно від довжини прольоту та форми ферми.

Типи ферм за обрисами поясів: балки з паралельними поясами (прямокутні), трикутні (двосхили та односхилі), трапецієподібні (двусхатні та односхили), сегментні (параболічні), полігональні (багатокутні), консольні; з ламаним піднятим або увігнутим нижнім поясом та різноманітною формою верхнього пояса; арочні з горизонтальним та арковим нижнім поясом; складні комбіновані форми.

Ферми також розрізняють за типами ґрат – див. малюнку. У приватних спорудах найчастіше зустрічаються грати трикутного і розкісного типу - простіші і менш металомісткі. Трикутні грати зазвичай застосовуються у прямокутних та трапецеїдальних конструкціях, розкісні – у трикутних.

Перш ніж зводити будь-яку конструкцію, слід визначитися із вибором матеріалу. При покупці металевого профілю або труб слід уважно оглянути заготовки – чи немає тріщин, раковин, напливів, нестиковок по шву, великої кількості пом'ятих та погнутих заготовок. При покупці оцинкованих матеріалів – бажано переконатися як покриття – чи немає відшарувань та напливів.

При покупці необхідно вимагати копію сертифіката та чек. Обов'язково потрібно переконатися у відповідності до товщини стінки труби заявленої в документах. Труби в гаражі на коліні не зробиш, і підробок не буває, але на погану якість матеріалу можна натрапити, тому купувати краще у досить великих магазинах.

Який матеріал вибрати для каркасу

Найчастіше для каркасу садибних будівель або покрівлі будинку вибирають сталь. Для дуже невеликих конструкцій іноді використовують алюмінієві і зазвичай у покупних виробах (тентах, гойдалках). Для зведення металоконструкцій можна використовувати труби порожнього перерізу та профілю суцільного перерізу (коло, смугу, квадрат, швелер, двотавр).

Величезною перевагою прямокутних і квадратних труб у порівнянні з профілем тієї ж ваги є висока стійкість до зминання та інших деформацій. Тому суцільні профілі можна замінити набагато легшими профтрубами – це дуже значно полегшує (в 2 рази і більше) і здешевлює конструкцію трубчастого типу.

Розміри перерізу труб вибирають залежно від довжини прольоту та відстані між опорами та фермами. У приватних садибах навіси та інші конструкції не дуже великі, і можна скористатися порадами спеціалістів або знайти готові креслення в інтернеті.

На відстані між опорами до 2 м для невеликих навісів з прольотами довжиною до 4 м підійдуть профілю 40×20х2 мм, при прольотах до 5 м – 40×40х3, 60×30х3 мм; прольотах довші за 5 м – 60×40х3, 60×60х3 мм. Якщо планується автомобільний навіс на дві машини шириною 8-10 м, профіль потрібно від 60×60 до 100×100 з товщиною стінки 3-4 мм. Розміри профілю залежить від відстані між фермами.

Профтруби надходять у продаж відрізками довжиною 6 і 12 м. При довжині 12 м метал витрачається більш економно, але для транспортування таких труб потрібен довгомір. Перед покупкою матеріалів слід продумати, як ви відрізатимете заготовки і скільки їх розміститься в трубі довжиною 6 м або 12 м, і підрахувати, скільки відрізків профтруби Вам знадобиться.

Орієнтуватися на номінальну вагу не можна – вага 1 м.п. у конкретній партії відрізнятиметься від номінального, і швидше за все у бік збільшення (виготовляти вироби з більш товстою стінкою вигідніше продавцям – ціна йде за тонну). При покупці за вагою матеріал доведеться докуповувати та довозити – а це зайві витрати.

Переваги та недоліки різних металів

Практично для конструкційних профільних труб використовуються сталі наступних видів: вуглецеві звичайної якості та якісні, конструкційні, леговані. Труби бувають із захисним цинковим покриттям. Використовують і алюміній – але рідко для невеликих, частіше сезонних конструкцій. Алюмінієві профілі застосовують для невеликих конструкцій.

Традиційно для невеликих конструкцій у приватній садибі для будівництва сталевих конструкцій з фермами застосовують вуглецеву сталь Ст3сп, Ст3пс, іноді оцинковану. Така сталь має достатню міцність для забезпечення надійності конструкції, різниці корозійної стійкості у всіх трьох типів сталей практично немає.

Якщо на конструкції потраплятимуть опади, рано чи пізно проржавіють і вироби з конструкційних та вироби з легованих сталей. Невелика кількість легуючих елементів від корозії не захищають (для конструкцій можна застосовувати низьколеговані сталі типу 30ХГСА, 30ХГСН, 38ХА – у вміст легуючих елементів у них 2-4%, і на корозійну стійкість ця кількість не впливає).

За міцністю конструкційні та леговані сталі повинні бути трохи довговічнішими за вуглецеві – вони більш стійкі до циклічних навантажень. Але ця якість у сталей проявляється після термообробки - а загартування з відпусткою можуть покоробити труби, і зазвичай таку термообробку на готових виробах ніхто не робить. На безшовних трубах може бути проведений відпал – після відпалу в металі знімається залишкова напруга (наклеп), але він стає м'якшим.

Конструкційні сталі (20А, 45, 40, 30А) мають вищу якість та вищу ціну. Леговані сталі ще дорожчі (і є ймовірність, що Вам продадуть труби зі сталі 3 замість легованої). Тому при монтажі конструкцій шириною менше 20 м немає сенсу купувати профтруби з легованої або конструкційної сталі. Застосовувати оцинковану профтрубу має сенс, якщо монтаж буде проводитися за допомогою краб-систем.

Якщо монтаж буде здійснюватися шляхом зварювання, зварні шви іржавітимуть так само швидко, як і звичайний метал без покриття. Але якщо ретельно стежити за швами, регулярно проводити антикорозійну обробку (очищення, ґрунтовку, фарбування), то оцинкована труба краще. Якщо ж Вам потрібен тимчасовий навіс на 10 років для будматеріалів, а потім Ви навіс зносите - тим більше не морочтеся, купуйте звичайні труби з вуглецевої сталі без покриття.

Якщо Ви плануєте зводити на ділянці дуже великий навіс або ангар із великою довжиною прольоту, варто звернутися до професійних будівельників та зробити проект – вони визначать, яку сталь Вам обрати.

Зробити самому або замовити

Ферми для навісу над машиною або покрівлі альтанки мають невеликі розміри та просту конструкцію – найчастіше трикутну з кількома підкосами та стійками. Виконати таку конструкцію можна і самостійно, якщо у Вас є хоча б початкові навички зварювальника та Ви не боїтеся освоювати нові роботи.

Але виготовлення ферм вимагає акуратності, наявності помічника, дуже рівної ділянки в садибі – для розкладання та зварювання конструкцій, наявності зварювального апарату та часу. Можна замовити готові конструкції на заводі чи будівельній фірмі, а змонтувати самому.

Вимоги до розрахунку профільної труби для будівництва ферми

При розрахунках розмірів та товщини стінки профільних труб, потрібних для спорудження Ваших металоконструкцій; враховуються такі умови:

Розміри металоконструкції, і, зокрема, довжина, крок опор – відстань між опорами.
Висота опор та ферм.
Форма ферм.
Можливі особливості геологічних умов (сейсмічна активність, можливість зсувів).
Вага покриття.

Що буде, якщо розрахувати неправильно

При неправильних розрахунках можливі такі наслідки:

Конструкції ферми деформуватимуться під вагою снігу, мокрого листя.
У самому невдалому випадку конструкції деформуватимуться під власною вагою.
Вся конструкція може обрушитися за сильного вітру.
Деформація рано чи пізно призведе до руйнування ферми та всієї конструкції, що є небезпечним для людини і може пошкодити предмети, що знаходяться під навісом – машину, наприклад.
Неміцна та рухлива конструкція призводитиме до руйнування покрівлі, покладеної на ферму.
При застосуванні занадто потужного та важкого профілю невиправдано зростають витрати на матеріали та роботи під час зведення металоконструкції.

Проектуємо ферму та її елементи

Повний та точний розрахунок навантаження на ферму разом із епюрами складний, і для його виконання слід звернутися до фахівців.

При проектуванні великих навісів, ангарів, гаражів з металоконструкцій точний розрахунок необхідного профілю необхідний, але для будівництва невеликих навісів або альтанок у приватній садибі можна скористатися загальновідомими рекомендаціями фахівців.

Для дуже маленьких конструкцій (навіс у вольєрі для тварин, навіс над запасом дров) достатньо використовувати труби розміром 40×20 мм із товщиною стінки 2 мм; для альтанок та навісів над столами, барбекю чи місцями відпочинку – 40×40 мм із товщиною стінки 3 мм; навіс над місцем для автомобіля – від 60х40 до 100х100 мм з товщиною стінки 3-4 мм.

Якщо ферм і опор у навісу кілька крок опор менше 2 м, можна взяти більш тонку трубу, якщо всього 4 опори і дві ферми і довжина прольоту 6-8 м і більше - товщу.

Допустимі навантаження на ферми наведені в таблиці:

Ширина прольоту, м Розмір труби на товщину стінки, мм	1	2	3	4	5	6
Для профільної труби
40×40х2	709	173	72	35	16	5
40×40х3	949	231	96	46	21	6
50×50х2	1165	286	120	61	31	14
50×60х3	1615	396	167	84	43	19
60×60х2	1714	422	180	93	50	26
60×60х3	2393	589	250	129	69	35
80×80х3	4492	1110	478	252	144	82
100×100х3	7473	1851	803	430	253	152
100×100х4	9217	2283	990	529	310	185
120×120х4	113726	3339	1484	801	478	296
140×140х4	19062	4736	2069	1125	679	429
Для прямокутної труби (при вертикальному розташуванні більшої сторони)
50×25х2	684	167	69	34	16	6
60×40х2	1255	308	130	66	35	17
80×40х2	1911	471	202	105	58	31
80×40х3	2672	658	281	146	81	43
80×60х3	3583	884	380	199	112	62
100×50х4	5489	1357	585	309	176	101
120×80х3	7854	1947	846	455	269	164

Креслення та схеми

При виготовленні металоконструкцій виконання креслення з точними розмірами є обов'язковим! Це дозволить закупити потрібну кількість матеріалу, заощадить час при складанні та підготовці заготовок, дозволить без проблем проконтролювати розміри металоконструкції у процесі монтажу та вже готової споруди. В даному випадку від точності складання залежить безпека Вас і Ваших домочадців - споруда, що впала від снігу або від вітру, може принести багато бід.

Основи розрахунку ферми

Типи ферм залежать від форми покрівлі, а форми покрівлі споруди в садибі вибирають залежно від призначення та розташування металоконструкцій. Консольні та примикаючі до будинку ферми зазвичай виконують односхилими трикутними, окремі навіси – з полігональними, трикутними, сегментними конструкціями та арками. Мiсце для вiдпочинку в саду може мати шести- та восьмисхилий покрівля або покрівля фантазiйної конструкції з фермами нестандартної конструкції.

Для розрахунку ферм необхідно розрахувати навантаження на покрівлю та одну ферму. При розрахунках враховують навантаження снігового покриву, покрівельного покриття, решетування, вага самих конструкцій. Точні розрахунки – завдання для професіонала-будівельника. Основою для розрахунку є СП 20.13330.2016 «Навантаження та впливи. Актуалізована редакція СНіП 2.01.07-85» та СП 16.13330.2011 «Сталеві конструкції. Актуалізована редакція СНіП II-23-81».

Для розрахунків застосовуються метод вирізування, вирізування вузлів (ділянок, де стрижні з'єднані шарнірно); метод Ріттера; метод заміни стрижнів Геннеберга. У сучасних комп'ютерних програмах найчастіше застосовується метод вирізування вузлів.

Краще скористатися готовим типовим проектом або нашими рекомендаціями щодо вибору профілів. Зібрати ферму простої трапецієподібної або трикутної конструкції не надто складно, і за наявності досвіду зварювання та монтажу металоконструкцій самостійний монтаж навісів та альтанок цілком можливий. Якщо Ви хочете спорудити великий навіс із довжиною ферми 10 м і більше – потрібно виконати проект у спеціалістів.